1.2.2. ОПТИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

Важным параметром волоконного световода является мера потери мощности при распространении оптических сигналов внутри волокна. Если мощность, вводимая в волоконный световод длиной прошедшая мощность дается выражением

где а постоянная затухания, обычно называемая потерями световода. Потери в световоде удобно выражать в единицах используя соотношение

здесь для связи использовано уравнение (1.2.3).

Потери в световоде зависят от длины волны света. На рис. 1.3 представлен спектр потерь в современном одномодовом волоконном световоде, изготовленном по Волокно имеет минимальные потери вблизи длины волны 1,55 мкм. Потери значительно возрастают с уменьшением длины волны, достигая уровня в видимой области спектра. Отметим, однако, что даже при потерях постоянная затухания не выше а а; По сравнению с большинством других материалов это чрезвычайно низкая величина.

Несколько факторов вносят свой вклад в спектр потерь световода,

изображенный на рис. 1.3, но среди них преобладают поглощение в веществе и рэлеевское рассеяние. Чистый кварц поглощает либо в ультрафиолетовой области, либо в далекой инфракрасной области спектра ( мкм). Однако в области длин волн мкм даже относительно малое количество примесей может дать существенное поглощение. С практической точки зрения на потери в волоконном световоде наиболее сильно влияют примеси гидроксильных групп так как они имеют основной пик поглощения световых волн при мкм. Поглощением на обертонах соответствующего ОН-колебания объясняются потери вблизи 1,37 мкм и более слабый пик поглощения вблизи 1,23 мкм (рис. 1.3). Чтобы снизить содержание примесей ионов до уровня менее чем одной части на миллион, в процессе изготовления волоконных световодов применяются специальные меры [54-56].

Рэлеевское рассеяние - один из фундаментальных механизмов потерь происходит на случайных флуктуациях плотности, «вмороженных» в кварцевое стекло при изготовлении. Образующиеся в результате этого локальные флуктуации показателя преломления рассеивают свет во всех направлениях. Потери, обусловленные рэлеевским рассеянием, уменьшаются с длиной волны по закону и преобладают в области коротких длин волн. Поскольку эти потери принципиально неустранимы для волоконных световодов, они определяют уровень минимальных потерь. Он оценивается как

где постоянная С лежит в пределах в зависимости от состава сердцевины волоконного световода [59]. На длине волны мкм , поэтому в спектре потерь световода, изображенном на рис. 1.3, преобладает рэлеевское рассеяние. Другими факторами, которые вносят вклад в общие потери, могут быть потери на изгибах и «граничные» потери (из-за рассеяния

Рис. 1.3. Экспериментально измеренный спектр оптических потерь одномодового волоконного световода. Штриховой линией показан спектр минимальных потерь, связанных с рэлеевским рассеянием и поглощением в чистом кварце [54].

на гранипе между сердцевиной и оболочкой) [51] Общие потери для волокна в оптических линиях связи включают также потери на соединениях двух концов световода друг с другом. Успехи в современной технологии позволили уменьшить эти потери до уровня ~0,01 дБ/км.